keysight是德频谱分析仪的时间门控测量详解

在无线通信和雷达测试中，我们经常会遇到这样的信号：它像手电筒一样，一亮一灭，而不是持续发光。这类脉冲信号的传统频谱测量会遇到一个难题——信号关闭时的噪声会干扰我们观察信号开启时的真实频谱特征。

这类信号的特点是在时间上不连续分布，传统的频谱分析方法难以准确捕捉其真实频谱特性。

时间门控频谱测量技术成为解决这一挑战的关键测量手段。 

01什么是时间门控？

想象一下，要在闪烁的灯光下拍摄一张清晰的照片。如果快门一直开着，拍到的照片肯定会模糊。但如果你只在灯光亮起的瞬间按下快门，就能捕捉到清晰的画面。时间门控技术就是基于这个原理。

具体来说，时间门控通过精确控制测量时间窗口，只在对信号特定的时段（脉冲的导通期）进行测量周期性信号的频谱，使用触发器来同步突发的发生时间，从而避免信号关闭时段噪声的干扰。

实现时间门控需要四个关键要素：

门触发信号：告诉分析仪何时开始关注信号；

触发模式：根据信号特征选择边沿或电平触发；

门延迟：设定触发后多久开始测量；

门长度：决定测量窗口的持续时间。

02三种时间门控方法

1、本振门控（Gated LO）

这是目前最灵活且推荐的方法。它通过控制本振的扫描时机（斜坡扫描），只在门开启期间进行频率斜坡扫描。就像摄影师在灯光亮起时才按下快门，这种方法测量速度快，频谱仪可灵活设置。

2. 视频门控（Gated Video）

频谱仪连续扫描，但只记录门开启时的数据。这种方法好比连续拍摄，但只保存灯光亮起时的照片帧。虽然可靠，但测量速度较慢，且必须使用峰值检测器以确保每个迹线点都能收集到数据。。

3、FFT门控（Gated FFT）

直接对门控时段内的信号进行快速傅里叶变换。这种方法适合脉冲较窄、周期较长的信号，但在频率跨度较大时灵活性不足。

04时间门控详细测量步骤

第一步：频谱仪基本设置

首先将分析仪复位到默认设置，根据待测信号设置中心频率，零扫宽。

第二步：触发与门源配置

进入触发菜单，根据信号特性选择合适的触发源、周期、触发电平、检波方式、门控延迟和门控长度（使信号80%被捕获）。如果信号带宽不大，选择RF突发触发；对于宽带信号，建议使用周期触发。

第三步：门参数精细调整

打开门控视图功能，此时能看到信号的时域波形。调整门延迟，让测量窗口避开脉冲的上升沿和下降沿；设置门长度，使其略小于脉冲宽度，确保只测量信号的稳定部分。

第四步：RBW优化

分辨率带宽（RBW）的设置至关重要。根据公式来计算所需RBW：

例如，对于100μs的脉冲，RBW应不大于1kHz。

05应用场景

1、FMCW汽车雷达信号测量

以脉冲FMCW汽车雷达信号为例，通过设置周期触发器为门源，调整门延迟和门长度以捕获信号中心，可以清晰观察到脉冲FMCW信号的频谱特征。

2、快速功率测量中的时间门控

时间门控可与多种内置功率测量结合使用，如信道功率、邻道功率、占用带宽和频谱发射模板。使用RF突发作为门源隔离信号，通过调整门参数可有效去除杂散信号，获得准确测量结果。

3、门控相位噪声测量

脉冲调制CW载波的相位噪声测量面临特殊挑战：脉冲调制会无意中混叠为相位噪声，高于PRF/2的偏移处信息会欠采样。

通过设置门控（门源为周期且周期等于脉冲周期），可以有效测量精确到PRF/2的相位噪声，获得更准确的结果。需要注意的是，脉冲调制会使载波功率降低20log(脉冲宽度✕PRF)，这会影响系统的理论噪声底限。

06常见问题快速排查

如果测量结果不理想，可以检查以下几个要点：

触发电平是否设置在脉冲幅度的50%左右

门位置是否完全覆盖脉冲稳定期

RBW设置是否满足脉冲宽度的要求

触发保持时间是否适当，避免误触发

时间门控频谱分析技术为解决脉冲和时分复用信号的测量难题提供了有效方案，现在的频谱仪时间门控测量的精度和易用性也能够完全应对各种测量场景。